旋转闪蒸干燥装置设计说明书

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1、目录第一章 绪论41.1、概述41.2、旋转闪蒸干燥机的研究状况51.2.1、干燥室内实测气体旋流压力分布及旋流压力分布的理论计算51.2.2、气体在干燥室内流动速度分布实测结果61.2.3、 旋转干燥器的设计71.2.4、自动化控制技术在闪蒸干燥生产过程中的应用现状91.3、本课题提出的意义10第二章 方案论证112.1、旋转闪蒸干燥机设计任务书112.1.1、设计任务112.1.2、已知条件112.1.3、使用寿命112.2、旋转闪蒸干燥机传动系统方案设计112.3、工作过程简述12第三章 旋转闪蒸干燥器介绍133.1、闪蒸干燥装置的系统组成133.2、工作原理163.2.1、粉碎闪蒸快速

2、干燥原理163.2.2、旋转气流流化输送干燥原理173.3 旋转闪蒸干燥器的结构特点19第四章 旋转闪蒸干燥器的设计214.1、设计任务与已知条件：214.1.1、设计任务214.1.2、已知条件214.2、旋转闪蒸干燥器参数的确定224.2.1、流向及载热体的选择224.2.2、干燥过程的物料衡算和热量衡算224.2.3、设备的主要参数的确定：274.3、旋转闪蒸干燥机的结构设计344.3.1、电机的选择：344.3.2、传动装置参数的确定354.3.3、V带传动设计：354.4、轴的设计：404.4.1、初步估算轴径404.4.2、轴的结构设计404.4.3、轴上受力分析414.4.4、弯

3、矩图434.4.5、转矩图434.4.6、计算弯矩图434.4.7、校核轴的强度444.4.8、校核轴的疲劳强度444.4.9、轴的弯曲刚度校核464.5、轴承的设计464.5.1、轴承的选择464.5.2、轴承的校核464.6、支撑装置设计：484.6.1、支架的设计484.6.2、底板的设计484.7密封及润滑装置设计484.7.1、密封装置设计484.7.2、润滑装置设计484.8送料装置的设计484.8.1、功率计算：494.8.2、电机选择494.8.3、带轮设计494.8.4、减速机的选择544.8.5、联轴器的选择544.8.6、输送段的设计544.8.7、密封及润滑装置设计59

4、第五章 经济效益评估及环保分析605.1、经济评估的目的605.2、经济分析计算605.3、环保分析615.3.1、环保对干燥机设计的要求615.3.2、环保的内容与对策61第六章 结论及致谢626.1、结论626.2、致谢62参考文献63第一章 绪论1.1、概述旋转闪蒸干燥装置是八十年代在国外新推出的一种干燥技术和流态化技术综合为一体的新型干燥设备，它克服了干燥设备高、能源消耗大和流化床干燥不均匀的缺点，集两者之所长，成为具有高效、节能快速等特点的理想干燥设备。它特别适合于膏状物、滤饼等物料的直接干燥，弥补了粑式干燥效率低、产量小的不足，改变了喷雾干燥效率低而先稀释再进行喷雾处理的复杂过程。

5、几年来，旋转闪蒸干燥广泛应用于轻工、石油、化纤、食品、矿山、涂料、染料及中间体等化工行业的高黏度、高稠度、热敏性膏状物料的干燥1。与其它设备相比，旋转闪蒸干燥装置技术先进，设备紧凑、操作简单、维修方便，强化了气固传热效果，使干燥时间大为缩短，产品质量及产量大大提高，节能效果十分显著，因此，这种装置出现后立即引起了世界各大化学工业公司的重视，纷纷引进用于各种物料的干燥，现在世界上大约有十七个国家引入了这种装置。在19871991年间，吉化染料厂、丹东染料厂、上海染料厂、北京染料厂先后引进了该装置，用于染料及中间体的干燥。通过几年的生产实践证明，该设备运行可靠，生产稳定，容易控制，各项工艺指标均达

6、到了设计要求，是现代工业生产的先进设备。但由于工艺条件要求不同和物料性能差异，旋转闪蒸干燥机的运用条件必需由生产实践和试验确定。当前，我国大连理工大学干燥技术开发公司、吉化化工设备厂、铁岭精工机器厂等已开发200、300、500、800等型号的旋转闪蒸干燥装置并投入生产，沈阳化工研究院与阿诚干燥器厂合作开发出次类型装置，均已投入使用。下面将闪蒸干燥装置在国内使用情况列入表11。表1-1旋转闪蒸干燥机在国内的使用情况1由表1-1可见，闪蒸干燥装置在国内发展较快，今后还会有更大的发展。未来干燥技术的发展趋势要求它具备以下特点：（1）设备紧凑，体积小，生产能力大；（2）单位产品能耗低，需要节能型设备

7、；（3）产品收率高，质量好，满足用户要求；（4）自动化程度高，操作简单；（5）综合投资费用和检修费用少；（6）消除对环境的污染。闪蒸干燥装置可满足以上要求，故是较理想的干燥设备。但是，我们同时也注意到它不是万能的，要根据实际生产情况选用。本文对闪蒸干燥装置做较详细介绍，供大家参考。1.2、旋转闪蒸干燥机的研究状况自从我国引进旋转闪蒸干燥机以后，国内许多学者、单位对其作了大量的实验研究和理论分析，为该产品设计提出了参考依据。概括起来，目前获得的研究成果有以下几个方面：1.2.1、干燥室内实测气体旋流压力分布及旋流压力分布的理论计算2图1-3给出了干燥室内下断面的压力分布情况（搅拌器静止）。由图可

8、见，在干燥中心压力最低，在干燥室外圆处，压力相对较大。气体旋流压力的理论分布如图1-4所示，气体旋流压力在圆形室半径为R时最大，最大为P，而后随旋转半径R的减小，压力逐渐减小。各点压力值为：图11 理论压力分布 P+P0vt2/2=0，其中为圆形室最外圆处的压力，为气体在各点的切向分速度。图12 实际压力分布 1.2.2、气体在干燥室内流动速度分布实测结果2图14 实测压力分布图1-3图1-6四图中分别表示拆除与安装下搅拌器工况下，气体在干燥室内流动时切向及轴向速度分布情况。将图1-3图1-4进行比较发现，下搅拌器装上以后对切向速度分布及其数值影响很大。图1-3 中最大的切向速度为15m/s，

9、1-4中最大的切向速度仅为 9m/s，可见，下搅拌器的存在，使系统流动阻力增加了不少。但是，增加下搅拌器以后，切向速度和搅拌器是否转动关系不大，图13下搅拌器拆除时的切向速度分布图14 安装下搅拌器时的切向速度分布图16下搅拌器静止时的轴向速度分布图15下搅拌器拆除时的轴向速度分布的切向速度分布这是因为搅拌器本身较低的缘故。从图1-5，图1-6可见，轴向速度分布尚属均布，流型接近湍流。1.2.3、 旋转干燥器的设计通过对被干燥的物料的热量衡算知干燥所需的空气质量流量后，即可根据实验确定的临界流速确定干燥室直径。根据气固相颗粒聚式流态化原理确定干燥室的有效高度。(1)、干燥室空气质量流量通过物料

10、和热量衡算得： (1-1) 其中，水分蒸发量（）蒸发潜热 （）干品质量（）热损失（）热空气入口温度（）热空气出口温度（）湿料温度 （） 蒸气比热 （）蒸汽比热 （）空气进口温度（）(2)、干燥室直径（） (1-2)式中，出口条件下空气密度（） 操作流化质量流量 （） 操作流化速度 （）(3)、干燥有效高度 (1-3)式中， 静止高度 （） 临界流化速度 （） 重力加速度 （） 干燥室直径 （）(4)、干燥室分级器半径东北大学硕士林丽女士曾对分级器半径进行研究，最后得出分级器研究成果如下：分级器半径与产品粒度满足以下关系式： (1-4)事实证明，该关系式在很大程度上满足了生产要求，对实际设计及生

11、产都有极大的指导意义。式中，分级器半径 （）产品粒度 （）1.2.4、自动化控制技术在闪蒸干燥生产过程中的应用现状我国生产及研究领域中所使用的旋转闪蒸干燥设备，有几台是丹麦引进的产品。其自动化技术水平主要体现在以下几个方面：(1)、干燥室热源热量自动调节，主要体现在进口温度自动检测、调节和报警；(2)、干燥室出口温度自动检测，调节和报警；(3)、有关设备、有关部位的温度压力等工艺参数的自动检测、显示和报警；目前国内生产的旋转闪蒸干燥设备，其自动化水平与国外产品相比存在一定差距，大部分厂家仍采用传统的生活控制方式：(1)、干燥室入口温度自动检测、显示；(2)、干燥室出口温度自动检测、显示；(3)

12、、有关设备、有关部位的温度或其它参数的自动检测、显示。从以上对国外、国内旋转闪蒸干燥机上自动控制系统对比分析，可看出我们这个领域内最大的弱点就是不能实现对进口、出口温度的自动控制。而这一点又恰恰是影响生产率和干燥质量的关键。目前我国在干燥生产中对干燥室入口温度和出口温度的控制，多采用人控方式，这种方法使控制误差大且不及时，若无人在场，则常常影响机器的正常运行，即影响生产率，又影响作业质量。1.3、本课题提出的意义尽管旋转闪蒸干燥技术应用很广泛，但其理论研究还很落后，系统全面地介绍旋转闪蒸干燥装置的流体力学、 传热和传质的文献很少见。目前的放大设计和操作参数确定主要依赖于实验和经验。因此，本课题

13、针对目前的研究和设计现状，大胆地运用新型理论来进行干燥器的结构和参数设计，通过进一步改进和完善干燥室的结构，强化干燥过程，为研究中的理论提供实践的机会。第二章 方案论证2.1、旋转闪蒸干燥机设计任务书2.1.1、设计任务本课题主要是设计一台旋转闪蒸干燥机用于燃料及中间体，特别是酸等物料的干燥，每小时蒸发的水分为，干燥直径为。2.1.2、已知条件被干燥物料名称：H酸干燥筒体直径为。2.1.3、使用寿命旋转闪蒸干燥机使用年限为25年，一年工作360天，每天工作10小时：则 2.2、旋转闪蒸干燥机传动系统方案设计 动力源选择电机，为满足传动比要求，传动系统可以选择齿轮箱减速器和皮带传动，但是考虑到经

14、济性，选择皮带传动，从东带轮固定在搅拌轴的下方。其结构图如下：图2-1 旋转闪蒸干燥机结构简图2.3、工作过程简述 空气经鼓风机送入加热器，被加热后从干燥机底侧面切向进入干燥机，形成高速低压的旋转喷动气流，物料经螺旋加料器进入干燥筒下降与该气流相遇，在流化室里破碎流化，进行传热传质过程，水分逐渐除去，物料得到干燥。废气经旋风分离器、袋式分离器两次气固分离后，由引风机将废气排到大气，而产品分别经旋风分离器、袋式分离器底部，经星型卸料器排到产品贮槽。第三章 旋转闪蒸干燥器介绍3.1、闪蒸干燥装置的系统组成 图3-1 旋转快速干燥机1、3、4电机 2空气加热器 5加料器 7分级器 8旋风分离器 9布

15、袋过滤器 10排风机 11星型卸料器旋转闪蒸干燥流程如图3-1所示，主要由电机，空气加热器 ，加料器 ，分级器，旋风分离器，布袋过滤器，排风机，星型卸料器等主要设备构成。来自压滤机的膏状物料在加料器中经搅拌初步破碎后，由旋转的螺旋加料器定时定量送入干燥器流化段，在流化段被搅拌器进一步离心，破碎；干燥过程中所需新鲜空气由过滤器引入，经煤气加热炉加热到所要求温度后送入热风分布器，经干燥器底部狭缝以较大风速进入流化段与被搅拌物料充分接触，促使物料形成流化状态开始沸腾。由于物料处在离心、搅拌、粉碎的状态下，块状（或球型）物料表层迅速干燥，并分离形成体积较小的球型或不规则球型颗粒，在旋转热风作用下送入分

16、级器，较大较湿的未干燥颗粒又落回干燥室中。送入分级器后的细小物料由排风管排出再经布袋过滤器分离，空气经尾气风机排入大气，物料由布袋过滤器底部星型卸料器（11）排出，成品包装出厂。该装置特点：(1)、设备紧凑，占用空间少，生产能力大，满足了小设备大生产客户的要求，从滤饼到成品一次干燥，减少操作程序。(2)、单位产品能耗低，该干燥器可在较高温度下干燥含固量高的物料，较其它许多干燥设备能耗低。以吉化染料厂生产H酸为例，每吨产品耗煤1747m3，含水量少，大大节约了能源。产品收率高，质量好。以干燥H酸为例，利用闪蒸干燥装置可提高收率5%，而且粒度均匀，含水量小。从干燥原理上讲，不同的物质所消耗的能量是

17、不同的，干燥物品每单位重量所消耗的能量与干燥方式、热效和物料中的含水量有关。在干燥过程中，节约能源的关键是物料的总含固量，如果在干燥前，把物料中的水分较多地排除，那么干燥的成本就会下降。表3-1含固量与能耗关系表表3-2旋转瞬时干燥与喷雾干燥的比较由表3-1可以看到，总含固量提高30%40%，能耗就降低35.6%，而当含固量被提高50%70%，能耗可降低58%，随之带来设备尺寸和建设成本也降低。表3-2列出了选择快速干燥与喷雾干燥的比较。如同其它的气动干燥系统，使用热力回复系统能进一步地节约能源，这一系统是由空气对空气的热交换器，双液热交换器或部分干燥空气的循环系统组成，这种系统的选择主要依赖

18、于所需干燥物料以及对设备的设计，即如果物料能在过滤器中被旋风分离器分离，那么这套热力回复系统的使用就能使热能节约10%20%。(1)、自动化程度高，操作简单，从煤气点燃到入口温度、出口温度、加料量的控制均在操作室内控制，降低了人工劳动的程度。在煤气点燃处安有自动安全装置，增大安全运行的可靠性。(2)、投资费用和检修费较小，该装置设备少，维修方便，减少检修工作量，并且其综合投资费用也少于喷雾干燥装置。(3)、该系统密闭性好，保护工人健康和减少对环境的污染。除去干燥空气中的氧气，是排除失火与尘埃爆炸的最主要因素，通过使用惰性气体能达到防爆的效果。例如，把氮气或二氧化碳作为干燥媒介，或使空气惰性化，

19、即使用化学当量燃烧后的废气，通过上述方法，可使在干燥媒介中的氧气含量降低到尘埃不可能爆炸的水平，含氧量一般要保持在8%以下，在操作过程中，最安全的含氧量是保持在2%4%。其它防止设备爆炸的方法，还有采用灭火设备或通过使用安全盘或减压板的方法等。用在旋转瞬时干燥机干燥室中的常规保护方法是防爆盘。在干燥室的顶部它被固定在法兰之间，防爆盘在压力0.051bar之间非常有效，由于整个设备非常坚固，所以防爆孔的面积是很小的。3.2、工作原理到目前为止，关于旋转闪蒸干燥器的工作原理还没有成熟理论。国内外从事干燥技术研究的专家也只是在小型实验和生产基础上形成的闪蒸干燥装置的结论。本文根据生产实践情况对干燥理

20、论加以介绍。旋转闪蒸干燥过程实质上是传质传热同时进行的过程由于物料与气流在设备内不同部位的接触状态与流动状态不同,传质传热过程的进行也不相同,因此干燥原理分两部分叙述。3.2.1、粉碎闪蒸快速干燥原理物料经螺旋加料器进入干燥器后，物料中的小颗粒随上旋气流呈螺旋状态上浮，大颗粒因具有较大沉降速度而下沉，在下沉过程中，由于湿分蒸发而使粒子间结合力减弱，经搅拌打碎后与从底隙以相当高的喷动气速旋转的热气流相遇，形成两相间较大的相对速度，由于气流对固体颗粒产生强烈的剪切、吹浮、旋转湍动作用，促使传热传质边界层减薄，减少了传热传质的阻力，增大了气固相间的传热传质系数，与此同时，由于颗粒相互碰撞与摩擦及搅拌

21、破碎使物料微粒化，从而使物料中非结合水分闪蒸。气流经底隙进入倒锥形流动空间，流通截面积由小变大，使气流速度自下而上的逐渐降低，不同粒径的颗粒分别在倒锥内不同的高度悬浮，增加了颗粒的停留时间，从而有利于水分汽化。由于在热风入口处存在着较大的传热差和传质温度差，在其推动下，物料重绝大部分非结合水分汽化到气相中，从而在粉碎闪蒸干燥室内形成非常高的干燥速度，使物料快速干燥。3.2.2、旋转气流流化输送干燥原理图3-2 旋转闪蒸干燥器的工作原理图小颗粒沿干燥筒壁呈螺旋状上升，与筒壁产生摩擦而使粒子继续微粒化，从而缩短了内部水分向蒸发面扩散的距离，降低了临界含水量，保持了较高的干燥速度。由于气流作用使粒子

22、流化并呈螺旋状上升，边输送边干燥，增加了粒子的运动途径，延长了气固相接触时间，从而提高了干燥效率。这一点对降低气流干燥器高度具有实在的意义。与此同时，由于颗粒处于悬浮和旋转状态，在离心加速作用下，使气固相间的相对速度增大，提高了传热传质系数，从而强化了干燥过程。图3-2是旋转闪蒸干燥器的工作原理图。根据干燥过程中发挥的作用可以把主体设备分为三部分：底部是流化段，中间部分是干燥段，上面部分是分级段。各段结构不同，所起作用不一样，我们初步加以分析：(1)、流化段如图所示，流化段是物料入口以下部分，内设有搅拌器。它能帮助破碎高粘性物料，使湿料与干燥热空气充分接触，产生最大的传热系数。干燥热风从切线方

23、向以一定的风速进入干燥器底部环形通道，从壳底缝隙进入流化段。由于通道截面突然减小，使动能增加，风速增大，这样在器内形成具有较大风速的旋转风场。物料自螺旋输送器进入干燥器后，首先承受搅拌器的机械粉碎。在离心、剪切、碰撞的作用下物料被微料化，与旋转热风充分接触形成流化床而被流态化。处于流化状态的颗粒表面完全暴露在热风中，彼此间相互碰撞和摩擦，同时分份蒸发，使粒子间粘性力减弱，颗粒之间成分散、不规则的运动，使气固两相充分接触，加速了传热、传质过程。在流化段内冷热介质温差大，大部分水分在此区蒸发，只有充分干燥后的微粒才能被热风带出流化段。流化段属于高温区，物料湿含量较大，当物料分水散失后，它已完全脱离

24、了高温区进入了干燥段。因为流化段物料颗粒内部保持一定水分，物料不会过热。干燥的微粒瞬间脱离高温区，所以旋转闪蒸干燥设备对热敏性物料非常适用。经过流化床干燥后，物料被破碎干燥成各种干燥粒度不同的球形和不规则颗粒，在旋转空气的浮力和径向离心力的作用下，未干燥的颗粒在较大的离心力的作用下向器壁运动，因具有较大的沉降速度而落回流化段重复流化干燥；较小的颗粒向上进入下一步干燥干燥段。(2)、干燥段干燥段是加热螺旋以上到分级器之间的空间，此时物料在旋风场中继续干燥。较小颗粒继续向上进入分级段；较大颗粒在器壁周围向上运动与分级器碰撞下落重新干燥，直到达到干燥质量要求。干燥段的热风经过流化段质热交换后，风速减

25、小，湿度增加，这保证了干燥段在稳定的条件下顺利进行，控制了物料在干燥段停留的时间，根据空气在干燥器内停留时间来调节空气流速，就使成品的粒度、产量及最终含水量得到控制，从而在干燥器内形成一个进料速率和符合要求的干品产量之间的平衡。由于流化床具有自调停留时间的特性，旋转闪蒸干燥器最终产品的含水量很少受到进料湿含量波动的影响，这也是该干燥器的优点之一。(3)、分级段 分级段是包括分级器在内的分级器以上部分，分级器是一个开孔圆挡板，通过改变孔直径和分级段高度，改变空气流速就可以控制离开干燥器的粒子尺寸和数量。在此段干燥完成，达到粒度要求的物料随热风带出进入旋风分离器和布袋除尘器，经星形卸料器卸料后包装

26、出厂。3.3 旋转闪蒸干燥器的结构特点闪蒸干燥器结构如图所示。图3-3 旋转闪蒸干燥器的结构干燥器一般均采用46mm厚度的SA316L不锈钢板制造，外加保温层，镀锌板固定。干燥室底部设置倒锥体结构，其外圆环为空气分布器，与热风入口相连，热风与此以圆环状分布在筒体外围，从筒体底部狭缝以切线方向进入流化段形成旋转风场。环隙尺寸是直接影响干燥器工作状况的主要参数。倒锥体结构可使热风流通截面自下而上不断变小，从而保证了下部的大颗粒处于流化状态的同时，上部的小颗粒也出于流化状态。另外，倒锥体结构还缩小了搅拌轴悬臂部分的长度，增加了运转的可靠性，还可有效地防止在高温区工作的恶劣状况，从而延长轴承的使用寿命

27、。流化段内设有搅拌器用来破碎、混合物料，使热风和物料充分接触并保证粒子在干燥室高温区停留时间为短，为防止物料在搅拌器作用下抛向器壁，黏结在器壁上出现“结巴”现象，会导致不能正常操作，搅拌齿上安装刮板，并与室底及器壁都有微小间隙，可以保证物料在与器壁黏结牢固之前便将其剥落。另外，搅拌转速也应合理选择，其转速的常规范围为50500转/分。搅拌轴与干燥底部有良好的密封装置。干燥室顶部的分级器是一个带孔的圆形板，类似于孔板流量计，但有一定的角度。分级器的作用主要是将颗粒较大、还没有干燥的物料分离挡下，以继续进行干燥，从而保证满足产品粒度分布窄、湿含量均匀一致的要求。分级器孔径大小和高度决定干品粒度，当

28、高度一定时，孔径越小其产品的粒度越小。为了防止物料变质，在锥底热风入口处设置冷风保护。热风开始与物料的接触处，温度很高，一般接近热空气的温度，远远高于床层中的温度，操作中难免出现少部分物料在缝隙附近黏结，如停留时间过长，会导致物料变质，甚至产生熔化。为了避免这一现象，增设局部冷风保护，可以降低该处器壁温度，使操作得以顺利进行。干燥室底部设置的搅拌齿及热风分布器的切线入口结构保证了流态化过程的正常进行，强化了传热传质的干燥过程。针对一个入风口而导致的物料堆积现象，本装置设置了两个入风口，这样物料无论在什么位置都没有堆积的可能，增加了热交换率，同时也可以加速气流的湍动，强化流态化过程。另外，干燥室

29、温度分布比较均匀，如图3-4所示：图3-4 旋转快速干燥机内温度分布第四章 旋转闪蒸干燥器的设计4.1、设计任务与已知条件：4.1.1、设计任务本课题主要是设计一旋转闪蒸干燥器用于染料及中间体，特别是H酸等物料的干燥，每小时蒸发的水分为300kg，干燥器直径为。4.1.2、已知条件被干燥物料名称： 酸物料进口含水量： （湿基）物料出口含水量： （湿基）蒸发水分量： 物料入口温度： 物料出口温度： 绝干物料的比热： 物料的堆积重度： 平均粒径： 主机入口热空气温度： 主机出口热空气温度： 湿空气初温： 湿空气相对湿度： 干燥器筒体直径： 4.2、旋转闪蒸干燥器参数的确定4.2.1、流向及载热体的

30、选择(1)、流向的选择根据物料的性质：、物料在温度较大时，允许快速干燥而不会发生裂纹或焦化现象；、干燥后的物料吸湿性小，不会从载热体中吸回水分，降低产品的质量。所以，采用并流方式，即物料移动方向与载热体流动方向相同。(2)、载热体的选择因为被处理的物料的温度不能太高，否则容易变质，达不到生产的目的。所以一般采用空气经加热炉预热到250后进入热风分布室，这样可得到较高的体积蒸发率和热效率。4.2.2、干燥过程的物料衡算和热量衡算确定物料在干燥时每小时蒸发水分量，需要供给的空气量及所需热量另外还可以确定产量，热效率等参数。(1)、湿空气状态参数的确定：、湿空气的湿含量和热焓的确定 、均可以通过图解

31、法和公式计算两种方法确定，以下主要是通过图解法求得：查湿空气焓湿图（即图）即可求出： 3、主机进口处热空气状态参数的确定湿空气经热风炉或换热器加热后其湿含量保持不变，所以经加热后的湿含量H1等于加热前的湿含量。即 （4-1） （4-2）主机进口处热空气的湿含量（水）（绝干空气）主机进口处热空气的热焓值（绝干空气）、主机出口处空气状态参数的确定因物料在干燥过程中可以认为是等焓干燥，所以主机出口处空气的热焓 应等于进口处空气的热焓，即（绝干空气） （4-3）主机出口气体的湿含量（水）/（绝干空气）主机出口气体的热焓值（绝干空气）(2)、干燥过程的物料衡算主要确定的参数有：成品产量（）绝干空气的消耗

32、量（干空气）湿空气的体积流量（）湿气体的消耗量（）、将湿基含水量转换成干基含水量 （水绝对干料） （4-4）（水绝对干料） （4-5）、绝对干料：因每小时水分蒸发量为已知，所以： （4-6）、成品产量： （4-7） 、每小时处理量： （4-8），分别表示湿物料和干品的湿基含水量（），分别表示干燥前后物料的干基含水量（） ，分别表示每小时处理的湿物料量和每小时得到的干品产量（）、绝干空气的消耗量：气体进入干燥器前后，绝干气体质量是不变的，以、分别表示气体进出干燥机时的湿含量，所以： 即 （4-9）式中：绝干空气消耗量、湿空气消耗量及进出干燥机空气的体积流量A、湿气体的比容（湿气体） （4-10）

33、B、湿气体的消耗量 （4-11）C、 湿气体的消耗量 （4-12）同理，可以按以上公式计算出进出干燥器时空气的体积流量，： （4-13） （4-14）(3)、干燥过程的热量衡算4：目的是为了确定物料干燥时每小时所消耗的热量，从而设计或选择加热设备。图4-1 干燥过程空气状态参数变化图图中：热风炉或换热器的传热量干空气流量干燥过程中的热量损失，湿物料、干品的温度，每小时干燥物料及干品的产量若不计热损失，则热风炉的放热量等于湿空气经过热风炉的吸热量： （4-15） 干燥过程中，热风炉放热用来完成空气的加热到、湿物料水分蒸发量（）、物料加热到和平衡过程中热损失，其热平衡方程为： （4-16）我们假设

34、整个过程为等焓过程（理想干燥过程），因等焓干燥过程的条件为5： 干燥室内不补充热量； 干燥机因保温处理故热损失不计； 湿物料进出干燥机时焓相等；所以，由热平衡方程式（313）可得： （4-17） 4.2.3、设备的主要参数的确定：(1)、干燥器筒体直径的确定：为已知(2)、干燥器内气体的轴向速度的计算： （4-18）物料的沉降速度： （4-19）式中，重力加速度（） 物料的密度（） 空气的密度（） 物料的平均粒径（）闪蒸干燥器底部是一个倒锥体结构，其截面大小发生变化的同时，器内空气流速也不同，而空气流速的大小决定着物料在干燥室内的停留时间，也是一个极其重要的参数。如果空气速度过大，物料在没有干

35、燥前就会被风带走，而速度大小又使物料在室内达不到流化状态或者吹不起来。因此，一般通过实际物料实验来确定流速。通常选用35m/s，容易分散的物料宜采用较短时间（5s）。难分散的物料宜采用较长时间（但最长不超过10分钟）。另外，根据有关文献及研究成果，干燥室内气体的轴向速度应选用2.55之间，且必须满足气体的这个速度应大于物料的沉降速度，由以上计算可以看出：=4.15，介于2.55之间，且=4.15=0.42，所以气体速度满足条件6。(3)、干燥器分级器半径的确定根据东北大学硕士林丽女士的研究成果，分级器半径与产品的粒度满足以下关系式： （4-20）事实证明，该关系式在很大程度上满足了生产实际的要

36、求，对实际生产以及设备的设计均有极大的指导和帮助，所以，（取最小粒度）。即取因而分级器直径为式中产品粒度（），分级器直径，半径（）(4)、干燥器筒体有效高度的计算、干燥段以及破碎流化段高度的确定。A、 根据有关文献以及前人的研究，干燥室内气体旋转圈数可按下式计算7： （4-21） 取圈B、 故气体在干燥段内的停留时间为： （4-22）C、 所以干燥段以及破碎流化段总长： （4-23）干燥室内气体的轴向速度即、收集室高度的确定根据实际生产经验，国内外同类产品的设计与制造成果，以及出口管径的大小，可试确定1000型SFD的收集室高度应取为：经验值、干燥器筒体有效高度（即筒体总高） （4-24）式中

37、，干燥器筒体半径（）分级器半径（）倒锥体半径（）流体黏度（）固体密度（）进口切向速度（）取、进气管直径的确定（若为圆管）8 （4-25）若为方管，则： （4-26）在此另作别论，式中：干燥器进风口空气体积流量（） 进风口切向速度（）、集风室通风截面面积的估算： （4-27）取值得根据作图与相近的值。(5)、环隙风速以及缝隙高度的确定、环隙风速空气经加热器（加热风炉）加热后沿切向以一定的速度进入集气室，再沿环行底部缝隙进入粉碎闪蒸干燥室，由于截面变小风速增大而动能也增大，在底部倒锥形空间自下而上旋转上升，同时压力呈微负压，使湿物料快速闪蒸，其速度选择既要保证形成较强的旋转气流，又要保证物料干燥所

38、需时间。所以，一般环隙速度取在左右，一般主要取左右，本设计取 （4-28）、所以，缝隙的高度可按下式计算： （4-29）式中：进入干燥器空气的体积流量（） 环隙面积（）干燥器筒体直径（）环隙高度（）(6)、出气管直径根据旋风分离器对干燥机出口风速的限制，一般出=1020之间，而对于扩散式分离器，一般取出=1618，本设计取。则： （4-30）取标准直径：查表若为方板，则边长为： （4-31）本设计取圆管，方管不另作计算。(7)、搅拌器的功率计算、搅拌器类型的选择搅拌器的类型是根据搅拌器操作目的和搅拌造成的流动状态而定的，所以必须根据具体的搅拌要求来进行选型。本干燥机搅拌器的作用主要有以下几点：

39、A 起破碎物料作用；B 形成旋流（径向流和轴向流）；总之，该搅拌器的作用是通过进一步破碎物料并形成一定的旋转流来使物料与热空气充分接触，强化传热与传质过程，使干燥过程得以充分快速地进行。根据以上搅拌要求，并通过比较各类型的搅拌器的结构特点，另外也参照实际设计中的经验，自行设计一种组合式的搅拌器的浆型，其结构特点有以下几点：A 上面有双层八叶平直叶，顶部带有小刮板，主要起破碎和清除壁上结疤以及形成径向轴向流的作用；B 底部是带有一定倾斜度的框式的四叶片浆叶，主要起清除壁上结疤以及形成轴向流的作用。所以，该组合形式的搅拌器浆型基本上满足了闪蒸干燥器的搅拌操作要求，另外，从搅拌转速（已知）来看，该组

40、合形式也能达到这个转速，而且考虑到浆式搅拌器结构简单，容易制造和修配，因而选用该组合形式的搅拌器。、搅拌器功率的计算因本搅拌器与传统的搅拌器的工况略有不同：传统的搅拌器一般用于气液、液固、纯液、纯固的物料的搅拌，而本搅拌器主要用于气固非均相系的混合搅拌。到目前为止，关于气固式搅拌器的功率的计算主要是通过参照国内外有关传统搅拌器的计算公式或经验公式，并结合实际生产情况确定一些系数而折算出来的。A、 为简化计算，该气固非均相系可近似的看作黏度较低的均布液体系统，则物料系统平均比重为：平均黏度： （4-32）因为当固体颗粒粒度大于目时，搅拌器实际上还要额外受到固体颗粒的冲击力，如果按平均比重和平均黏

41、度计算，则得出的计算功率小于实际功率，按以上假设，该气固系统可近似的看作均匀的低黏度液体，则：取 式中：系统的平均比重（）物料的堆积密度（）气体的密度（）固体颗粒的容积比系统的平均密度() 热空气的黏度（）B、计算雷诺数，决定流动状态： （4-33）所以系统处于湍流状态。式中：搅拌轴转速（）浆径（）C、按照日本人永田进冶专门研究双叶平浆而得出的公式作近似计算，将框式看成由其外廓尺寸构成的平浆，则对平浆： （4-34） （4-35）得出实际取 （4-36） 对框式：得出 式中：叶片厚度（）D、按永田进冶公式计算功率准数由于，所以永田进冶公式前第一次可忽略不计，又根据永田进冶的理论及实验，当一定时

42、，并且浆叶数的增多近似等于浆宽的增大，功率也随之增大，但当时，由于搅拌器处于湍流状态，浆叶面上并非所有面上均受力，只是一定面积处的浆叶受力，受力一定，所以功率保持不变；对于多层（一般少于三层）浆叶，可近似的认为其功率与具有多层浆叶宽度之和的单层浆叶的功率相等，或改变多层浆叶间的相互角度时，这个关系也不改变。根据以上理论，考虑分两步计算搅拌器功率，第一步先计算多层浆叶合为一层时的功率，然后乘以二的倍数，即可得出该搅拌器的功率值。 （4-37） （4-38） （4-39）所以功率准数： （4-40）E、 计算搅拌器功率： （4-41）因实际生产与理论计算有相当大的差距，为确保万一，设计时按浆宽设计

43、，而实际上应用来制造浆叶。4.3、旋转闪蒸干燥机的结构设计4.3.1、电机的选择9：查手册可知：单列圆锥滚子轴承传动效率：皮带传动效率： 所以总传动效率： （4-42）电机功率： （4-43）查机械设计手册，选Y180L8型电机，安装形式为型4.3.2、传动装置参数的确定(1)、皮带传动的传动比 （4-44）式中：电机额定转速（）搅拌轴转速（）(2)、各轴的运动及动力参数计算1轴：即电机轴 （4-45）2轴：即搅拌轴 （4-46） （4-47）4.3.3、V带传动设计10：已知条件：电动机型号Y180L8，搅拌轴转速：工作制：连续工作制(1)、确定设计功率，查手册得工作情况系数，故： （4-4

44、8）(2)、选取带型号：根据，由图312确定，工作点处于型区，故选型带。(3)、确定带轮基准直径，、选择小带轮直径：由表35, 表36确定，由于占用空间限制不严，取，对传动有利，按表36取标准值，取、验算带速 （4-49）在之间，故合乎要求。、确定从动轮基准直径 （4-50）查36取标准值、实际从动轮转速和实际传动比：不计影响，若算得与预定传动比相差5%为允许。 （4-51）传动比误差： （4-52）(4)、确定中心距和带的基准长度、初定中心距按式 （4-53）初定中心距、确定带的计算基准长度 （4-54）、取标准带长按式33取、确定中心距（按式327） （4-55） 的调整范围： （4-56

45、） （4-57）、验算包角按式328使 （4-58）符合要求，取、确定带根数查表22.113，单根带的基本额定功率11：查表22.111，带长修正系数：查表22.110，得小带轮包角修正系数：由公式： （4-59）取、确定初拉力按式330 （4-60）、计算轴压力按式33 （4-61）、带轮基本尺寸的确定大带轮：查表22.117，大带轮为孔板式，辐板厚，彀孔直径, 彀长，轮缘及轮尺寸为： （4-62） （4-63） （4-64） （4-65） （4-66） （4-68）小带轮：查表22.117，小带轮为实心结构，轴孔直径为42mm，查表22.116得 （4-69）4.4、轴的设计12：4.4.

46、1、初步估算轴径 选择轴的材料为45号钢,经调质后，最小轴径为，考虑到轴的工作端伸出支点较长，且加键和工作在左右的高温环境中，将其最小轴径增大到，由公式 （4-70） 4.4.2、轴的结构设计图4-2 轴的结构简图根据轴的受力状况，选取一个6000型滚动轴承和一对3000型的单列圆锥滚子轴承，为便于轴承装配，取轴承处的直径为，装皮带轮和装转子处的轴径为，轴的总长是由电机安装高度来决定的，因为电机的安装高度影响支架的高度，而支架的高度又影响和决定轴的总长。根据电机长，选择支架高度，另外通过具体作图，再充分考虑装配关系的情况下，最终得出轴的总长。4.4.3、轴上受力分析(1)、搅拌叶片因制造和安装

47、误差以及轴受热变形后所产生的附加圆周力（方向不定，故图中以假想线表示） 图4-3 轴的受力及转矩弯矩图搅拌叶片直径的一半 （4-71） (2)、皮带轮的压轴力，点支反力： 由 有： （4-72） 点支反力： （4-73）4.4.4、弯矩图(1)、由于皮带轮的压轴力而产生的弯矩图如图示： （4-74）(2)、由于的作用而作出的弯矩图如图示： （4-75）4.4.5、转矩图，转矩图如图示：4.4.6、计算弯矩图 （4-76） （4-78） （4-79）4.4.7、校核轴的强度由以上分析可见，、处轴径相同，而处的计算弯矩值最大，所以处属危险面，现校核剖面：该轴危险断面是点和点所在剖面。由45钢调质处

48、理，查表8-1得 剖面的计算应力： （4-80）而剖面的材料是45号钢，它的许用弯曲应力是 所以，故安全。 4.4.8、校核轴的疲劳强度(1)、判断危险剖面处是由于开键槽而引起的应力集中，而处却是由于过渡圆角而引起的应力集中，轴上类似于、剖面的地方很多，但是因、剖面的面积较小，弯矩较大，所以只校核、处的剖面即可。(2)、校核、处的疲劳强度剖面因键槽引起的应力集中系数查手册得， ， 剖面因配合引起的应力集中系数，查手册得 ， 剖面因过渡圆角引起的应力集中系数，查手册得 所以，。故应按剖面配合引起的应力集中系数来验算，剖面，剖面承受的弯矩及转矩为： （4-81） 剖面处的正应力及应力幅、平均应力为

49、： （4-82）剖面处的扭应力及应力幅、平均应力为： （4-83） （4-84）绝对尺寸系数由表2022查得，表面质量系数由表2019查得，剖面的安全系数为： （4-85） （4-86）所以， （4-87）取 （轴的材料不够均匀计算精度较低）因，所以剖面安全。4.4.9、轴的弯曲刚度校核由于轴上截面向右一段伸出较长，而且受热容易变形，所以只校核该轴段的弯曲变形即可，为简化计算，将该段内直径不同的几段轴理想化，简化为轴径均为的均匀轴来校核。已知，所以简化后的轴为一 悬臂梁，由材料力学知，处轴的最大挠度为： （4-88）而允许挠度由表2028查得：（对高刚度轴） （4-89）4.5、轴承的设计134.5.1、轴承的选择因轴竖直安装，为支撑其自身以及运转中可能产生的轴向力，故底轴承采用一对的单列圆锥滚子轴承，而顶轴承则主要承受径向力，所以选择型深沟球轴承。4.5